Wentylacja kopalń [tom 1 i 2]
Józef Wacławik
rok wydania: 2010
stron: 534 + 510
oprawa: twarda
format: B5
wydawnictwo: AGH
Podręcznik adresowany jest przede wszystkim do studentów wydziałów górniczych oraz do inżynierów służb wentylacyjnych kopalń podziemnych.
W tomie pierwszym "Wentylacji kopalń" zostały omówione ogólne zagadnienia przewietrzania wyrobisk, dotyczące w szczególności:
* powietrza i jego zanieczyszczeń,
* aeromechanicznych podstaw wentylacji kopalń,
* energii, przemian termodynamicznych, psychrometrii i wilgotności powietrza oraz wymiany ciepła,
* pomiarów ciśnienia i różnicy ciśnień; prędkości przepływu, strumieni objętości i masy oraz temperatury powietrza,
* struktury i rozwiązywania sieci wentylacyjnej kopalni, depresji cieplnej i nieustalonych przepływów powietrza,
* wentylatorów, przewietrzania odrębnego i recyrkulacji,
* zapylenia powietrza,
* metanu i zagrożenia metanowego.
W drugim tomie rozpatrywane są zagadnienia:
* promieniowania jonizującego w wyrobiskach podziemnych,
* źródeł ciepła w wyrobiskach kopalń podziemnych, procesów chłodniczych oraz klimatyzacji kopalń i cieplnych warunków pracy,
* pożarów i wybuchów, wentylacji pożarowej kopalń podziemnych, aktywnego i pasywnego zwalczania pożarów podziemnych,
* niektórych aspektów projektowania wentylacji kopalń.
SPIS TREŚCI:
Przedmowa 9
1. Powietrze i zanieczyszczenia powietrza 13
1.1. Pojęcie stężenia substancji 13
1.1.1. Jednostki miar stężeń zanieczyszczeń powietrza 14
1.2. Podstawowe funkcje oraz skład powietrza czystego i suchego 18
1.2.1. Główne funkcje powietrza 18
1.2.2. Główne składniki 19
1.3. Pobieranie próbek gazów 21
1.3.1. Metoda aspiracyjna 21
1.3.2. Metoda izolacyjna 23
1.4. Szkodliwe oddziaływanie zanieczyszczeń powietrza 24
1.5. Charakterystyka metod pomiarów zanieczyszczeń powietrza 25
1.5.1. Podział metod pomiarów zanieczyszczeń powietrza 25
1.5.2. Metody analizy chemicznej 27
1.5.3. Metody elektrochemiczne (elektrometryczne) 28
1.5.4. Metody fizyczne 33
1.5.5. Metody optyczne (spektrometryczne) 35
1.5.6. Chromatografia 41
1.6. Niektóre składniki i substancje zanieczyszczające powietrze 48
1.6.1. Tlenki węgla CO i CO2 48
1.6.2. Tlenki siarki SO2 i SO3 55
1.6.3. Tlenki azotu NOx 56
1.6.4. Alkohol metylowy 59
1.6.5. Amoniak 59
1.6.6. Benzen i toluen 60
1.6.7. Chlorowodór 60
1.6.8. Cyjanowodór 60
1.6.9. Aldehydy 61
1.6.10. Izocyjany 62
1.6.11. Aceton 62
1.6.12. Ksyleny 62
1.6.13. Węglowodory 62
1.6.14. Freony i halony 63
1.6.15. Substancje toksyczne wydzielane z silników wysokoprężnych 63
Literatura 64
2. Aeromechaniczne podstawy wentylacji kopalń 66
2.1. Uwagi ogólne o przewietrzaniu kopalń 66
2.2. Parametry opisujące przepływ płynów 67
2.2.1. Wielkości opisujące właściwości płynów 67
2.2.2. Parametry fizyczne opisujące przepływ 70
2.2.3. Równania ciągłości i ruchu płynu w przepływach jednowymiarowych 72
2.2.4. Laminarny i turbulentny przepływ przez rurociąg, straty liniowe 77
2.3. Opór aerodynamiczny wyrobiska 91
2.3.1. Pojęcie oporu wyrobiska 91
2.3.2. Opory liniowe 94
2.3.3. Opory miejscowe 96
2.4. Teoria podobieństwa w zagadnieniach wentylacji 114
2.4.1. Podobieństwo zjawisk fizycznych 114
2.4.2. Analiza wymiarowa 116
2.4.3. Analiza rzędu wielkości składników w układzie równań opisujących przepływ 119
Literatura 121
3. Pomiar ciśnienia i różnicy ciśnień 122
3.1. Przyrządy do pomiaru ciśnienia oraz różnicy ciśnień 122
3.2. Pomiar straty naporu w przewodzie nachylonym 139
Literatura 142
4. Pomiar prędkości przepływu, strumieni objętości i masy 143
4.1. Pomiar objętości i gęstości płynów 143
4.2. Pomiary prędkości przepływu gazów 146
4.3. Pomiar strumienia objętości 152
Literatura 155
5. Energia i przemiany termodynamiczne 157
5.1. Przedmiot termodynamiki 157
5.1.1. Pojęcia wstępne 157
5.1.2. Układ termodynamiczny 157
5.1.3. Własności gazów doskonałych i półdoskonałych 159
5.2. Zasady termodynamiki 164
5.2.1. Pierwsza zasada termodynamiki 164
5.2.2. Druga zasada termodynamiki 168
5.3. Przemiany termodynamiczne gazu doskonałego 170
5.4. Przemiany przepływającego płynu (powietrza) 181
5.4.1. Pierwsza zasada termodynamiki dla przepływającego płynu 181
5.4.2. Pojęcie pracy maksymalnej 185
5.4.3. Egzergia 187
5.4.4. Prawo Gouya-Stodoli 189
5.4.5. Równość temperatur układu i otoczenia 191
Literatura 191
6. Pomiar temperatury 193
6.1. Temperatura i metody jej pomiaru 193
6.2. Termometry nieelektryczne 195
6.3. Termometry elektryczne 198
6.4. Pirometry 208
6.5. Wzorcowanie termometrów, uwagi o pomiarach temperatury 214
Literatura 216
7. Psychrometria, pomiar wilgotności powietrza 217
7.1. Parametry psychrometryczne powietrza 217
7.2. Przemiany powietrza wilgotnego 227
7.3. Pomiar wilgotności powietrza 243
Literatura 248
8. Wymiana ciepła 250
8.1. Rodzaje wymiany ciepła 250
8.2. Przewodnictwo cieplne 251
8.2.1. Bilans ciepła 251
8.2.2. Przewodnictwo cieplne w stanie ustalonym 257
8.2.3. Przewodnictwo cieplne w stanie nieustalonym 261
8.3. Przejmowanie ciepła 262
8.4. Promieniowanie cieplne 266
8.5. Wymiana ciepła przy skraplaniu i wrzeniu 270
8.6. Wymienniki ciepła 272
8.7. Wymiana ciepła na zwilżonej powierzchni 278
Literatura 281
9. Struktura i rozwiązywanie sieci wentylacyjnej kopalni 282
9.1. Mapy, plany i schematy wentylacyjne 282
9.2. Opory połączeń szeregowych i równoległych 285
9.3. Sieci normalne i przekątne proste 286
9.3.1. Sieć normalna 286
9.3.2. Sieć przekątna prosta 288
9.4. Sposoby zapisu sieci wentylacyjnych 291
9.5. Obliczanie sieci wentylacyjnych 296
9.6. Zdjęcie depresyjne i schemat potencjalny Bystronia 307
9.6.1. Zdjęcie depresyjne 307
9.6.2. Potencjał aerodynamiczny według H. Bystronia 309
Literatura 318
10. Depresja naturalna 319
10.1. Pojęcie depresji naturalnej 319
10.2. Parametry powietrza w elementach sieci wentylacyjnej 322
10.3. Cykl wentylacyjny (oczko wentylacyjne) 331
10.4. Wpływ wilgotności 339
10.5. Depresja cieplna kopalni, przykład obliczeń 341
Literatura 345
11. Wentylatory 347
11.1. Charakterystyka wentylatorów 347
11.2. Zasada działania wentylatorów promieniowych (odśrodkowych) 350
11.3. Zasada działania wentylatorów osiowych 354
11.4. Bezwymiarowe wskaźniki charakterystyk wentylatora 358
11.5. Wpływ prędkości obrotowej, zmiany wymiarów i gęstości powietrza na parametry pracy wentylatorów 360
11.6. Moc wentylatorów, straty energii i sprawność 362
11.7. Wspólna praca kilku wentylatorów W kopalnianych sieciach wentylacyjnych 364
11.7.1. Elementy sieci wentylacyjnej 364
11.7.2. Współpraca wentylatorów połączonych szeregowo 366
11.7.3. Współpraca wentylatorów połączonych równolegle 370
11.8. Stateczność pracy wentylatorów 374
11.9. Sposoby regulacji wentylatorów 378
11.10. Urządzenia stacji wentylatora 382
11.11. Wentylator swobodny 386
11.12. Hałas urządzeń wentylacyjnych 386
Literatura 387
12. Przewietrzanie odrębne i recyrkulacja 389
12.1. Przepływ powietrza w lutniociągu 389
12.2. Temperatura powierza w wyrobiskach ślepych, przewietrzanych odrębnie 395
12.3. Lutnia wirowa 399
12.4. Recyrkulacja 400
Literatura 404
13. Stany nieustalone przepływu powietrza 405
13.1. Procesy i zjawiska wywołujące stany nieustalone parametrów wentylacyjnych 405
13.2. Przepływy nieustalone w wyrobiskach kopalnianych i w sieci wentylacyjnej 406
13.2.1. Ogólne równania opisujące przepływ powietrza w wyrobiskach korytarzowych 406
13.2.2. Zatrzymanie i uruchomienie wentylatora w sieci jednooczkowej (jednocyklowej) 407
13.2.3. Przepływy nieustalone w sieci wyrobisk kopalnianych 410
13.3. Wpływ przewietrzania na stężenie metanu 416
13.4. Zmiany stężenia gazów spalinowych w wyrobiskach kopalnianych 421
13.5. Stany nieustalone w zrobach, wynikające ze zmian ciśnienia atmosferycznego 424
13.6. Przykład zjawiska gazodynamicznego spowodowanego wstrząsem i tąpnięciem 428
Literatura 432
14. Metan i zagrożenie metanowe 434
14.1. Własności metanu 434
14.2. Występowanie metanu w skałach 435
14.3. Ruch metanu w skałach węglowych 443
14.3.1. Prawo Darcy'ego i równanie filtracji metanu 443
14.3.2. Uwalnianie metanu z węgla 450
14.3.3. Określenie zawartości gazu w skałach 451
14.4. Wyrzuty skał i gazów w kopalniach węgla 453
14.5. Sposoby ograniczania zagrożeń metanowych 455
14.6. Odmetanowanie 464
14.7. Zagrożenie gazowe na powierzchni likwidowanych kopalń 477
14.8. Metanomierze i eksplozymetry, monitorowanie zagrożenia, metanowego 478
Literatura 484
15. Zapylenie powietrza 486
15.1. Pojęcie pyłu i zapylenia 486
15.2. Działanie pyłu na organizm człowieka 490
15.3. Ruch ziaren pyłu w powietrzu 496
15.4. Właściwości pyłów i ich określenie 508
15.5. Metody pomiaru zapylenia powietrza 516
15.5.1. Stężenie pyłu w powietrzu 516
15.5.2. Klasyfikacja pyłomierzy 517
15.6. Zapylenie powietrza kopalnianego 528
Literatura 533
Przedmowa do tomu II 9
16. Promieniowanie jonizujące 11
16.1. Przemiany jądrowe, promieniowanie korpuskularne i elektromagnetyczne 11
16.1.1. Promieniowanie jonizujące 11
16.1.2. Przemiany promieniotwórcze, rodzaje promieniowania jonizującego 12
16.1.3. Promieniowanie kosmiczne 18
16.1.4. Reakcje jądrowe 19
16.1.5. Rozpad promieniotwórczy 20
16.1.6. Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią 24
16.1.7. Jednostki fizyczne stosowane w dozymetrii promieniowania jonizującego 26
16.2. Detektory promieniowania jonizującego 27
16.2.1. Uwagi o detekcji promieniowania jonizującego 27
16.2.2. Liczniki gazowe 28
16.2.3. Detektory półprzewodnikowe 30
16.2.4. Detektory scyntylacyjne 31
16.2.5. Detektory termoluminescencyjne 32
16.2.6. Detektory śladowe 33
16.3. Oddziaływanie promieniowania jonizującego na organizm człowieka i ochrona radiologiczna 34
16.3.1. Działanie promieniowania jonizującego na substancję ożywioną i na organizm człowieka 34
16.3.2. Wielkości dozymetryczne stosowane w ochronie radiologicznej 37
16.4. Źródła narażenia radiologicznego w kopalniach 40
16.4.1. Izotopy promieniotwórcze występujące naturalnie w skorupie ziemskiej 40
16.4.2. Radon i jego pochodne 43
16.4.3. Kopalniane wody radowe i osady promieniotwórcze 50
16.4.4. Ograniczenie narażenia promieniowaniem jonizującym przez przewietrzanie wyrobisk 52
16.5. Ochrona radiologiczna w kopalniach 53
16.5.1. Cele i zasady ochrony radiologicznej 53
16.5.2. Ochrona radiologiczna w górnictwie 55
Literatura 58
17. Źródła ciepła w wyrobiskach kopalń podziemnych 60
17.1. Bilans ciepła w skałach i w powietrzu przepływającym w wyrobisku 60
17.2. Zmiany temperatury skał wokół wyrobisk korytarzowych 66
17.2.1. Zmiany temperatury skał przy stałej temperaturze powietrza 71
17.2.2. Wpływ sezonowych zmian temperatury powietrza na temperaturę skał 77
17.3. Lokalne źródła ciepła 80
17.4. Warunki klimatyczne w wyrobiskach eksploatacyjnych 91
Literatura 103
18. Procesy chłodnicze w klimatyzacji 106
18.1. Zjawiska fizyczne wykorzystywane w chłodnictwie 106
18.2. Rodzaje przejść fazowych 106
18.3. Termodynamika przemian fazowych 107
18.2. Obieg chłodniczy parowy 112
18.3. Chłodziwa i czynniki chłodnicze 118
18.3.1. Chłodziwa ciekłe i lodowe 118
18.3.2. Czynniki chłodnicze 123
18.4. Zespoły ziębiarek sprężarkowych 130
18.4.1. Sprężarki ziębnicze 130
18.4.2. Skraplacze 135
18.4.3. Parowniki 140
18.4.4. Zawory dławiące (regulacyjne) 143
18.5. Ziębiarki absorpcyjne 149
18.6. Chłodnice powietrza i wyparne chłodnie wody 153
18.6.1. Chłodnice powietrza 153
18.6.2. Wyparne chłodnie wody 157
Literatura 159
19. Kopalniane układy klimatyzacji 160
19.1. Zadania klimatyzacji w górnictwie 160
19.2. Układy klimatyzacji kopalnianej o małej mocy 162
19.2.1. Działanie i budowa układu klimatyzacji o małej mocy 162
19.2.2. Przykłady obliczania parametrów układu klimatyzacji o małej mocy 166
19.3. Układy klimatyzacji kopalnianej o dużej mocy 170
19.3.1. Centralne układy klimatyzacji z zimną wodą 170
19.3.1.1. Ziębiarki zlokalizowane na powierzchni 172
19.3.1.2. Ziębiarki zlokalizowane w wyrobiskach kopalni 185
19.3.1.3. Ziębiarki zlokalizowane na powierzchni i w wyrobiskach kopalnianych 188
19.3.2. Układy klimatyczne z chłodziwem lodowym 190
19.3.3. Układy klimatyczne z zimną wodą technologiczną 194
19.4. Klimatyzacja w wyrobiskach korytarzowych i eksploatacyjnych 195
19.5. Przepływy chłodziwa w sieci rurociągów 198
19.6. Izolacja cieplna rurociągów 201
Literatura 205
20. Pożary i wybuchy a teoria spalania 207
20.1. Pojęcia spalania i pożaru 207
20.1.1. Związki stechiometryczne i prawa termodynamiki 207
20.1.2. Spalanie gazu 211
20.1.3. Spalanie cieczy 214
20.1.4. Spalanie ciał stałych 217
20.1.5. Bilanse masy i ciepła w procesach spalania 218
20.2. Wybuchy gazów i pyłów 223
20.2.1. Pojęcie wybuchu i detonacji 223
20.2.2. Inicjacja wybuchu gazów 227
20.2.3. Cieplna i łańcuchowa teoria wybuchu 231
20.3. Mieszaniny wybuchowe 234
Literatura 252
21. Pożary egzo- i endogeniczne. Wydzielanie gazów podczas utleniania węgla 254
21.1. Pojęcia pożaru egzo- i endogenicznego 254
21.2. Zaburzenia przewietrzania wywołane pożarami 255
21.2.1. Teoretyczna temperatura spalania 255
21.2.2. Temperatura gazów pożarowych przepływających w wyrobisku 256
21.2.3. Depresja cieplna pożaru i miejsca jej występowania 259
21.2.4. Wtórne ogniska pożaru 263
21.2.5. Cofanie się dymów 263
21.2.6. Prądy wsteczne 264
21.2.7. Wybuchy podczas pożarów podziemnych 266
21.3. Pożary egzogeniczne 268
21.4. Niskotemperaturowe samozagrzewanie węgla 271
21.5. Badanie skłonności węgla do samozapalenia 273
21.6. Wydzielanie gazów podczas utleniania węgla 281
Literatura 294
22. Wentylacja pożarowa kopalń podziemnych 298
22.1. Systemy normalne z kilkoma wentylatorami 298
22.2. Systemy normalne z dwoma wentylatorami o zgodnym kierunku działania. Pożar w prądzie wznoszącym 300
22.2.1. System normalny z bocznicami I klasy 300
22.2.2. System normalny z dodatkowym wentylatorem w bocznicy II klasy 305
22.2.3. Pożar w prądzie wznoszącym 306
22.2.4. Usuwanie zadymienia przy pożarze w prądzie wznoszącym 309
22.3. Systemy normalne z dwoma wentylatorami o niezgodnym kierunku działania. Pożar w prądzie schodzącym 311
22.3.1. System normalny z bocznicami I klasy 311
22.3.1.1. Kierunki przepływu 311
22.3.1.2. Opór systemu i rozdział powietrza 312
22.3.2. System normalny z bocznicami II klasy 314
22.3.2.1. Kierunki przepływu 314
22.3.2.2. Pożar w prądzie schodzącym 317
22.3.2.3. Usuwanie zadymienia przy pożarze w prądzie schodzącym 321
22.4. Dodatkowe zabezpieczenie prądów schodzących 322
22.5. Rewersja wentylacji 328
Literatura 340
23. Aktywne i pasywne zwalczanie pożarów podziemnych 342
23.1. Strefa zagrożenia pożarowego, drogi ucieczkowe, samoratowanie się załogi 342
23.2. Środki do zwalczania pożaru 346
23.3. Wybieranie palącego się węgla, gaszenie palącego się metanu 359
23.4. Zagrożenia stwarzane przez gazy i dymy pożarowe 361
23.5. Pasywne zwalczanie pożaru podziemnego 365
23.6. Stan pożaru w przestrzeni otamowanej 379
23.7. Prace ratownicze w atmosferze niezdatnej do oddychania. Otwieranie pól pożarowych 385
23.7.1. Przygotowanie prac ratowniczych w atmosferze niezdatnej do oddychania 385
23.7.2. Otwieranie i likwidacja pól pożarowych 386
23.7.3. Podsadzanie pola pożarowego 389
23.8. Sprzęt ochrony układu oddechowego stosowany w górnictwie 390
23.8.1. Oddychanie 390
23.8.2. Charakterystyka sprzętu do indywidualnej ochrony dróg oddechowych 394
23.9. Środki łączności i sygnalizacje alarmowe 405
23.10. Podstawowe zasady prowadzenia akcji ratowniczych 405
Literatura 407
24. Cieplne warunki pracy 410
24.1. Obciążenie cieplne człowieka w środowisku gorącym 410
24.1.1. Czynniki kształtujące obciążenie cieplne człowieka 410
24.1.2. Gromadzenie ciepła w organizmie, temperatura wewnętrzna ciała tcr 414
24.1.3. Ubytki wody z organizmu, czas ekspozycji jako funkcja ubytków wody 416
24.1.4. Parametry procesu oddychania 420
24.1.5. Częstość skurczów serca HR 421
24.1.6. Inne parametry 421
24.2. Aklimatyzacja 423
24.3. Bilans cieplny ciała człowieka w otoczeniu gorącym 425
24.4. Bilans cieplny organizmu człowieka podczas ustalonej wymiany ciepła 432
24.5. Przykłady obliczeniowe bilansu cieplnego i ubytków wody w organizmie 435
24.6. Bilans cieplny organizmu człowieka podczas procesu nieustalonego 441
24.7. Ocena obciążenia cieplnego organizmu 447
24.7.1. Procedury oparte na tradycyjnych wskaźnikach 447
24.7.2. Procedury oceny mikroklimatu oparte na wskaźnikach fizjologicznych 454
24.8. Skutki nadmiernego obciążenia cieplnego, zespoły chorobowe 459
24.9. Zagrożenie cieplne przy prowadzeniu akcji ratowniczych 461
24.9.1. Reakcje górników i ratowników górniczych na trudne warunki klimatyczne 461
24.9.2. Praca ratowników w trudnych warunkach klimatycznych 466
24.10. Środowisko zimne 472
Literatura 473
25. Projektowanie wentylacji kopalń 477
25.1. Uwagi o projektowaniu przewietrzania kopalni 477
25.1.1. Zagadnienia wentylacji w projektowaniu struktury kopalni 477
25.1.2. Przegląd struktur sieci wentylacyjnej 480
25.1.3. Zasady określenia potrzebnej ilości powietrza 482
25.1.4. Uzyskanie żądanego (wymuszonego) rozdziału powietrza 485
25.1.5. Wentylatory podziemne 489
25.2. Projektowanie przewietrzania robót eksploatacyjnych 491
25.2.1. Rozcinka pola eksploatacyjnego w kopalniach węgla 491
25.2.2. Przegląd schematów przewietrzania rejonów ścian 494
25.2.3. Wpływ warunków klimatycznych 499
25.3. Pomiary i symulacja numeryczna przewietrzania kopalni 507
Literatura 509
